DE2353029A1 - HIGH FREQUENCY SEMICONDUCTOR AMPLIFIER EQUIPMENT AND CIRCUITS - Google Patents

HIGH FREQUENCY SEMICONDUCTOR AMPLIFIER EQUIPMENT AND CIRCUITS

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DE2353029A1
DE2353029A1 DE19732353029 DE2353029A DE2353029A1 DE 2353029 A1 DE2353029 A1 DE 2353029A1 DE 19732353029 DE19732353029 DE 19732353029 DE 2353029 A DE2353029 A DE 2353029A DE 2353029 A1 DE2353029 A1 DE 2353029A1
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Wirojana Tantraporn
Se Puan Yu
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General Electric Co
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    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70Bipolar devices
    • H01L29/72Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
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Description

PatentanwaltPatent attorney

6 Frankfurt/Main 1 Nlddastr. 526 Frankfurt / Main 1 Nlddastr. 52

22. Oktober 1973 WK/CsOctober 22, 1973 WK / Cs

2515-RD-47682515-RD-4768

GENERAL ELECTRIC COMPANYGENERAL ELECTRIC COMPANY

1 River Road Schenectady, N.Y., U.S.A.1 River Road Schenectady, N.Y., U.S.A.

Hpchfrequenz-HalbleiterverstärkereinrichtungenHigh frequency semiconductor amplifier devices

und -schaltungenand circuits

Die Erfindung betrifft allgemein mit drei Anschlüssen oder zwei ■ Eingangsmöglichkeiten ausgestattete Halbleiter-Verstärkereinrichtungen und Schaltungen für diese und insbesondere solche Einrichtungen zur Leistungsverstärkung bei Frequenzen im Mikrowellenbereich.The invention relates generally to three-port or two-port Semiconductor amplifier devices equipped with input possibilities and circuits for these and in particular such devices for power amplification at frequencies in the microwave range.

Im Stand der Technik sind mit zwei Eingängen ausgestattete Mikrowellen-LeistungsverstärkerrHalbleitereinrichtungen für Frequenzen oberhalb derjenigen Frequenzen nicht bekannt, welche durch Transistoren verstärkt werden, d.h. oberhalb etwa vier Gigahertz. In Verstärkern des "Reflektionstyps" wurden Aufprall-Lawinen-Transitzeitdioden (lmpact-avalanche), welche auch als IMPATT-Dioden bezeichnet werden,, und Einrichtungen mit Elektronenübertragung, welche auch als TED-Einrichtungen bezeichnet werden^TDabei wurde die.In the prior art, microwave power amplifiers equipped with two inputs are semiconductor devices for frequencies not known above those frequencies which are amplified by transistors, i.e. above about four gigahertz. In "Reflection type" amplifiers have become impact avalanche transit time diodes (Impact-avalanche), which are also referred to as IMPATT diodes, and electron transfer devices, which are also referred to as TED devices.

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Isolation der eingangsseitigen und ausgangsseitigen Schaltungen oder Kreise durch Zirkulatorelemente erhalten. Der Verstärkungsgrad und die Stabilität solcher Reflektionsverstärker mit Verwendung von Einrichtungen mit zwei Anschlüssen oder mit einem Eingang sind jedoch sehr empfindlich bezüglich der Betriebsbedingungen. Schaltungsanordnungen, welche im Kleinsignalbereich stabil sind, führen zu Verstärkern mit niedrigem Verstärkungsgrad im Großsignalbereich. Isolation of the input-side and output-side circuits or circuits obtained by circulator elements. However, the gain and stability of such reflection amplifiers using devices with two connections or with one input are very sensitive to the operating conditions. Circuit arrangements which are stable in the small signal range lead to amplifiers with a low gain in the large signal range.

Zusammengefaßt schafft die vorliegende Erfindung eine Halbleiter-Verstärkereinrichtung mit drei Anschlüssen oder zwei Eingängen, welche bei Mikrowellenfrequenzen eine stabile Verstärkung eines Signals mit hohem Wert liefert, die gleiche Einfachheit wie ein Mikrowellen-Transistor bezüglich der Anforderungen an die Schaltung aufweist und trotzdem bei Frequenzen arbeitet, welche den Betriebsfrequenzen von IMPATT-Dioden vergleichbar sind. Diese Einrichtungen arbeiten dabei als Oszillatoren im gleichen Bereich der Ausgangsleistungen und liefern Ausgangsleistungen mit einem Wert, welcher vergleichbar ist mit den Ausgangsleistungen von "IMPATT"-Dioden,' die bei der gleichen Frequenz als Oszillatoren betrieben werden. In summary, the present invention provides a three-terminal or two-input semiconductor amplifier device which provides stable amplification of a high value signal at microwave frequencies, has the same simplicity as a microwave transistor in terms of circuit requirements, and still operates at frequencies, which are comparable to the operating frequencies of IMPATT diodes. These devices work as oscillators in the same range of output powers and deliver output powers with a value which is comparable to the output powers of "IMPATT" diodes, which are operated as oscillators at the same frequency.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Körper aus Halbleitermaterial vorgesehen mit einem Emitterbereich eines Leitfähigkeitstyps, einem Basisbereich mit entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp, welcher sich an den Emitterbereich anschließt und mit demselben einen Emitter-P-N-Übergangsbereich bildet, sowie einem Kollektorbereich des einen Leitfähigkeitstyps, der mit dem Basisbereich entgegengesetzter Leitfähigkeit anschließend angeordnet ist und mit demselben einen Kollektor-P-N-Ubergangsbereich bildet. Der Kollektorbereich der Einrichtung besteht aus einem Halbleitermaterial, in dem der Lawinenkoeffizient der Majoritätsladungsträger wesentlich größer ist als der Lawinenkoeffizient der Minoritätsladungsträger in diesem Bereich. Die Elektroden fürIn one embodiment of the invention, a body made of semiconductor material is provided with an emitter region of one conductivity type, a base region with the opposite conductivity type, which adjoins the emitter region and with the same forms an emitter-PN junction region, and a collector region of one conductivity type that is associated with the Base area of opposite conductivity is then arranged and forms a collector-PN transition area with the same. The collector area of the device consists of a semiconductor material in which the avalanche coefficient of the majority charge carriers is significantly greater than the avalanche coefficient of the minority charge carriers in this area. The electrodes for

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Emitter, Basis und Kollektor sind jeweils mit dem Bereich für EmStiör^Blsls und Kollektor verbunden. Der Kollektorbereich besitzt eine'Lähge zwischen dem Kollektor-P-N-Übergangsbereich und der Kollektorelektrode,welche im wesentlichen gleich der Hälfte der Sättigungsdriftgeschwindigkeit der Majoritätsträger in diesem Bereich geteilt durch die Mittenfrequenz des Betriebsfrequenzbandes der Einrichtung ist* Der Kollektorbereich enthält eine Lawinenzone anschließend an den Kollektor-P-N-tibergangsbereich, und eine Driftzone, welche den Übrigen Teil des Kollektorbereiches umfaßt. Die Länge der Lsrwinenzone ist wesentlich kleiner als die Länge der Driftzone» Die durchschnittliche resultierende Konzentration von Aktivatoren in dem Kollektorbereich ist so beschaffen, daß bei Verarmung des Kollektors an beweglichen Ladungsträgern durch Anfügen einer Spannung geeigneter Polarität und Amplitude zwischen der Basiselektrode und der Kollektorelektrode in dem Kollektorbereich ein elektrisches Feld aufgebaut wird, welches sich von dem Kollektor-P-N-Übergangsbereich zur Kollektorelektrode erstreckt, wobei die elektrische Feldintensität in der Lawinenzone am größten ist. Die resultierende Aktivatorkonzentration im Kollektorbereich und die Länge des Kollektorbereiches sind so beschaffen, daß die elektrische Feldintensität in der Lawinenzone geringer ist als diejenige Feldintensität, welche eine Lawinenmultiplikation der Leituftgsträger im Kollektorbereich und einen unbegrenzten Strömfluß in demselben erzeugen würde.The emitter, base and collector are each with the area for EmStiör ^ Blsls and Collector connected. The collector area owns a 'length between the collector P-N transition area and the collector electrode, which is substantially equal to half the saturation drift velocity of the majority carriers in this one Range divided by the center frequency of the facility's operating frequency band is * The collector range contains one Avalanche zone next to the collector-P-N transition area, and a drift zone which covers the remainder of the collector area includes. The length of the Lsrwinenzone is much smaller than the length of the drift zone »The average resulting concentration of activators in the collector area is designed in such a way that that when the collector is depleted of moving charge carriers by adding a voltage of suitable polarity and Amplitude between the base electrode and the collector electrode an electric field is built up in the collector area, which extends from the collector P-N junction region to the collector electrode, the electric field intensity in the Avalanche zone is largest. The resulting activator concentration in the collector area and the length of the collector area are such that the electric field intensity in the avalanche zone is less than that field intensity, which one Avalanche multiplication of the Leituftgträger in the collector area and an unlimited flow in the same would create.

Ein besseres Verständnis des Aufbatis und der Betriebsweise der Erfindung-ergibt" sich aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen im Zusammenhang Mit den Abbildungen.A better understanding of the structure and the mode of operation of the invention can be obtained from the following description of exemplary embodiments in conjunction with the figures.

Figur! zeigt eine schema tische Darstellung einer Halbleitereinrichtung, die in feiner Schaltung verbunden ist. Figure! Fig. 13 is a schematic diagram of a semiconductor device that is finely connected.

Figur 2 zeigt eine Kurvendarstellung des Profils oder Verlaufs der resultierenden Aktivatorkonzentration der Halbleiter einrichtung nach Figur 1, wobei dl® ieaülrtierende .-'■■■* FIG. 2 shows a graph of the profile or course of the resulting activator concentration of the semiconductor device according to FIG .

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Aktivatorkonzentration in einer logarithmisohen Skala entlang der Ordinate der Kurve und die Entfernung über die Längsachse der Einrichtung in einer logarithmischen Skala entlang der Abszisse der Kurve aufgetragen sind.Activator concentration on a logarithmic scale along the ordinate of the curve and the distance along the longitudinal axis of the device in a logarithmic one Scale are plotted along the abscissa of the curve.

Figur 3 zeigt eine Kurvendarstellung des Stromflusses über der angelegten Spannung zwischen Basis und Kollektorelektrode der Einrichtung nach Figur 1 zur Erläuterung der Arbeitsweise der Einrichtung zwecks Erzielung einer hohen Leistuhgsverstärkung bei Mikrowellenfrequenzen.Figure 3 shows a graph of the current flow over the applied voltage between the base and collector electrode of the device according to Figure 1 for explanation the operation of the device in order to achieve a high power gain at microwave frequencies.

Figur 4 zeigt eine Kurvendarstellung des Multiplikationsfaktors für diejenige Ladung, welche in einen hypothetischen Bereich des Profils der elektrischen Feldintensität eintritt, und zwar als Funktion der Spannung, wobei lediglich der Lawinenprozeß betrachtet wird und andere physikalische Effekte vernachlässigt sind.FIG. 4 shows a graph of the multiplication factor for that charge which enters a hypothetical region of the profile of the electric field intensity , specifically as a function of the voltage, only the avalanche process being considered and other physical effects being neglected.

Figur 5 zeigt Kurvendarstellungen der Lawinenkoeffizienten für Elektronen und Löcher für das Material Silizium und . Germanium als eine Funktion der elektrischen Feldintensität. FIG. 5 shows graphs of the avalanche coefficients for electrons and holes for the material silicon and. Germanium as a function of the electric field intensity.

Figur 6 zeigt eine Kurve der Driftgeschwindigkeit als Funktion der elektrischen Feldintensität für Elektronen in Halbleitermaterial aus Silizium zur Erläuterung der Arbeitsweise der Einrichtung und Schaltung nach Figur 1.FIG. 6 shows a curve of the drift speed as a function the electric field intensity for electrons in semiconductor material made of silicon to explain the mode of operation the device and circuit according to Figure 1.

Figur 7 zeigt Kurvendarstellungen der Betriebsgleichspannung und der über einem parallelen Resonanzkreis einschließlich eines ohm*sehen Verbrauchers erzeugten Wechselspannung als Funktion der Zeit und dient ebenfalls zur Erläuterung der Arbeitsweise der Einrichtung und Schaltung nach Figur 1. .FIG. 7 shows graphs of the DC operating voltage and the AC voltage generated over a parallel resonance circuit including an ohmic load as a function of time and also serves to explain the mode of operation of the device and circuit according to FIG .

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Figur 8 zeigt Kurvendarstellungen für die Stromstärke und die elektrische Ladung in verschiedenen Teilen der Einrichtung und Schaltung nach Figur 1 in Abhängigkeit von der Zeit zur Erläuterung der Arbeitsweise der Einrichtung und Schaltung nach Figur 1 im Zusammenwirken mit den Kurven nach Figur 7 bei der Erzeugung einer Leistungsverstärkung bei Mikrowellenfrequenzen. Figure 8 shows graphs for the current strength and the electrical charge in different parts of the device and circuit of Figure 1 depending on the Time to explain the operation of the device and circuit according to Figure 1 in conjunction with the Curves according to FIG. 7 in generating a power gain at microwave frequencies.

Figur 9 ist eine Aufsicht auf eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Halbleiteranordnung.Figure 9 is a plan view of another embodiment of a semiconductor device according to the invention.

Figur 10 ist eine Schnittansicht der Einrichtung nach Figur 9 entlang der Schnittlinie 10-10 und zeigt den inneren . Aufbau der Einrichtung nach Figur 9 und veranschaulicht die Herstellung dieser Einrichtung.Figure 10 is a sectional view of the device of Figure 9 taken along section line 10-10 and showing the interior. Structure of the device according to Figure 9 and illustrates the manufacture of this facility.

Figur 11 zeigt eine Kurve der resultierenden Aktivatorkonzentration in der Einrichtung nach Figur 9 als Funktion des Abstandes in dem Halbleiterplättchen von der oberen Oberfläche zu der Kollektorelektrode.FIG. 11 shows a curve of the resulting activator concentration in the device of Figure 9 as a function of the distance in the semiconductor die from the top surface to the collector electrode.

Figur I zeigt eine eindimensionale schematische Darstellung einer Halbleiterverstärkereinrichtung 10 als Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Einrichtung 10 enthält einen Körper aus Halbleitermaterial mit einem ersten oder Emitterbereich 11 mit einer sehr starken Leitfähigkeit des N-Typs, einen zweiten oder Basisbereich 12 mit sehr starker Leitfähigkeit des P-Typs, welcher anschließend an den Basisbereich liegt zur Bildung eines Emitter-PN-Übergangsbereiches 13 mit demselben. Die Einrichtung IO ent-' hält a:uch einen dritten oder Kollektorbereich 14 des Leitfähigkeitstyps N, welcher anschließend an den Basisbereich 12 liegt zur Bildung eines Kollektor-PN-Übergangsbereiches 15 mit demselben. Der Körper aus Halbleitermaterial besteht aus Silizium, In welchem der Lawinenkoeffizient für Elektronen (OCn) wesentlichFIG. I shows a one-dimensional schematic representation of a semiconductor amplifier device 10 as an embodiment of the present invention. The device 10 contains a body of semiconductor material with a first or emitter region 11 with a very high conductivity of the N-type, a second or base region 12 with very high conductivity of the P-type, which is adjacent to the base region to form an emitter PN -Transition area 13 with the same. The device corresponds IO 'holds a: uch a third or collector region 14 of the conductivity type N, which is then located on the base region 12 to form a collector PN junction region 15 with the same. The body of semiconductor material consists of silicon, in which the avalanche coefficient for electrons (OC n ) is essential

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größer ist als der Lawinenkoeffizient für Löcher (Ck, ) für einen weiten Bereich der elektrischen Feldintensitäten, indem dort eine Lawinenmultiplikation der Leitungsträger auftritt. Die Konzentration der resultierenden Aktivatoren oder Verunreinigungen in jedem der Bereiche der Einrichtungen 10 ist in Figur 2 als eine Funktion des Abstandes über dem ersten, zweiten und dritten Bereich dargestellt. Die Werte der resultierenden Aktivatorkonzentration in dem Emitter- und Basisbereich der Einrichtung sind Werte, welche konventionell für Mikrowellentransistoren verwendet werden; das heißt, der Emitterbereich besitzt eine Konzentration, die wesentlich höher ist als die Konzentration im Basisbereich, um eine gute Minoritätsträgerinjektion in dem Basisbereich zu schaffen. Selbstverständlich ist der Basisbereich dünn, um einen guten Transport der injizierten Träger zu dem Kollektor-PN-Übergangsbereich bei den hohen Betriebsfrequenzen zu erhalten.is greater than the avalanche coefficient for holes (Ck, ) for a wide range of electrical field intensities, in that an avalanche multiplication of the line carriers occurs there. The concentration of the resulting activators or contaminants in each of the areas of the devices 10 is shown in Figure 2 as a function of the distance over the first, second and third areas. The values of the resulting activator concentration in the emitter and base regions of the device are values conventionally used for microwave transistors; that is, the emitter region has a concentration that is significantly higher than the concentration in the base region in order to provide good minority carrier injection in the base region. Of course, the base region is thin in order to obtain good transport of the injected carriers to the collector PN junction region at the high operating frequencies.

Der Kollektorbereich 14 enthält einen schmalen Bereich 16, welcher sich an den Kollektor-PN-Übergangsbereich 15 anschließt und als "Lawinenzone" bezeichnet wird. Der Kollektorbereich 14 enthält auch eine.Zone 17, welche als "Driftzone" bezeichnet ist und wesentlich länger ist als die Lawinenzone 16. Der Maximalwert der resultierenden Aktivatorkonzentration in der Lawinenzone 16 ist um etwa zwei Größenordnungen geringer als der Maximalswert der resultierenden Aktivatorkonzentration im Basisbereich 12. Der Spitzenwert der resultierenden Aktivatorkonzentration in der Driftzone 17 ist um etwa zwei Größenordnungen geringer als die resultierende Aktivatorkonzentration in der Lawinenzone 16. Der Kontakt mit der Driftzone 17 wird hergestellt durch einen Bereich 18 eines Halbleitermaterials des N-Typs mit hoher resultierender Aktivatorkonzentration. Dieses wird als Substrat verwendet und dient auch als eine Kollektorelektrode, um eine gute ohmische Verbindung mit der Driftzone zu erhalten.The collector region 14 contains a narrow region 16, which adjoins the collector-PN junction region 15 and is referred to as the “avalanche zone”. The collector region 14 also contains a zone 17, which is referred to as the "drift zone" and is significantly longer than the avalanche zone 16. The maximum value of the resulting activator concentration in the avalanche zone 16 is about two orders of magnitude lower than the maximum value of the resulting activator concentration in the base region 12 The peak value of the resulting activator concentration in the drift zone 17 is about two orders of magnitude lower than the resulting activator concentration in the avalanche zone 16. The contact with the drift zone 17 is established by a region 18 of a semiconductor material of the N-type with a high resulting activator concentration. This is used as a substrate and also serves as a collector electrode in order to obtain a good ohmic connection with the drift zone.

Die resultierende Aktivatorkonzentration im Bereich 18 kann um mehrere Größenordnungen größer gemacht werden als die resultierende Aktivatorkonzentration in der Driftzone 17 und ,kann The resulting activator concentration in the region 18 can be made several orders of magnitude greater than the resulting activator concentration in the drift zone 17 and 14

den gleichen Leitfähigkeitstyp besitzen. Per leitende Anschluß ergibt eine gute Verbindung zum Bereich 18 mit geringem Widerstand. Ähnliche leitende Anschlüsse 20 und 21 ergeben eine gute leitende Verbindung mit geringem Widerstand zum Basisbereich 11 bzw. zum Emitterbereich 12.have the same conductivity type. Via conductive connection provides a good connection to the area 18 with low resistance. Similar conductive terminals 20 and 21 make a good one Conductive connection with low resistance to the base region 11 or to the emitter region 12.

Die resultierende Aktivatorkonzentration entlang dem Kollektorbereich 14 ist so eingestellt, daß bei Anlegen einer Betriebs-Spannung V zwischen den Kollektor- und Basisbereichen aus einer Spannungsquelle 25 der Kollektor-PN-Übergangsbereich 15 in Sperrrichtung gespannt wird und dabei der Kollektorbereich 14 an beweglichen Ladungsträgern verarmt oder abgereichert wird. Unter diesen Bedingungen wird in dem Kollektorbereich ein elektrisches Feld aufgebaut, welches eine maximale Intensität am Kollektor-PN-Übergangsbere ich besitzt, in der Lawinenzone scharf abfällt und danach im wesentlichen linear mit dem Abstand in der Priftzpne abfällt, da die Driftzone entlang ihrer Länge eine gleichförmige resultierende Aktivatorkonzentration besitzt, und im wesentlichen auf den Wert Null an der Grenzfläche zwischen der Driftzone ijnji «3pm Bereich 18 absinkt. Selbstverständlich wird bei einer, Erhellung der in Sperrichtung angelegten Spannung über dem Kollektpr-PH-Übergangsbereich 15 über denjenigen Wert hinaus, an dem der Kollektorbereich gerade an Majprltätsträgern abgereichert wird, eine Äbreicherung der Majoritätsträger in dem Substrat 18 auftreten und dort ein elektrisches Feld bestehen. Im Basisbereich verringert sich das elektrische Feld von einem Maximalwert am Kollektor-PN-Übergangsbereieh auf Null. Der Mittelwert der resultierenden Aktivatorkonzentration im Kollektorbereich und die resultierende Aktivatorkonzentration im Lawinen-Bereich sind in Beziehung zu der resultierenden Aktivatorkonzentration in dex Driftzone so eingestellt, daß bei Äbreicherung der beweglichen Träger im Kollektbrbereich die elektrische Feldintensität in der Lawinenzone bewirkt, daß sich dort injizierte Ladung mit einem endlichen Faktor multipliziert, wie dies noch . im einzelnen nachstehend erläutert ist. Die Länge des Kollektor- The resulting activator concentration along the collector region 14 is set so that when an operating voltage V is applied between the collector and base regions from a voltage source 25, the collector-PN junction region 15 is biased in the reverse direction and the collector region 14 is depleted or depleted of movable charge carriers is depleted. Under these conditions, an electric field is built up in the collector area, which has a maximum intensity at the collector-PN junction area, drops sharply in the avalanche zone and then decreases essentially linearly with the distance in the Priftzpne, since the drift zone along its length has a uniform resulting activator concentration, and drops essentially to the value zero at the interface between the drift zone ijnji «3 pm area 18. Of course, if the voltage applied in the reverse direction above the collector-PH transition area 15 is brightened beyond the value at which the collector area is currently being depleted of major carriers, the majority carriers will be depleted in the substrate 18 and an electric field will exist there. In the base area, the electric field decreases from a maximum value at the collector-PN junction area to zero. The mean value of the resulting activator concentration in the collector area and the resulting activator concentration in the avalanche area are set in relation to the resulting activator concentration in the drift zone in such a way that when the mobile carriers in the collector area become depleted, the electric field intensity in the avalanche zone causes the charge injected there with multiplied by a finite factor like this still. is explained in detail below. The length of the collector

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bereiches zwischen dem Kollektor-PN-Übergangsbereich 15 und der dritten oder.Kollektorelektrode 18 wird so festgelegt, daß sie im wesentlichen gleich der Hälfte der Sättigungsdriftgeschwindigkeit der Majoritätsträger in diesem Bereich geteilt durch die Mittenfrequenz des Betriebsfrequenzbandes der Einrichtung ist. Die Gründe hierfür sind aus der nachstehend gegebenen Betrachtung der Arbeitsweise der Einrichtung in ihrer Schaltung ersichtlich. area between the collector PN junction area 15 and the third oder.Kollektorelectrode 18 is set so that it substantially equal to half the saturation drift velocity is the majority carrier in that range divided by the center frequency of the facility's operating frequency band. The reasons for this can be seen from the consideration given below of the mode of operation of the device in its circuit.

Eine Quelle 23 für eine Vorspannung V und eine Quelle 24 für zu verstärkende Hochfrequenz- oder Mikrowellensignale sind in Reihe zwischen die Basiselektrode 20 und die Emitterelektrode geschaltet. Die Quelle 23 ist gemäß der Darstellung zur Vorspannung des Emitter-PN-Übergangsbereichs 13 in Sperrichtung eingerichtet, so daß die Einrichtung IO als ein C-Verstärker arbeitet, d.h. als ein Verstärker, in dem Strom aus der Hochfrequenzquelle 24 in dem Emitter-Basis-Kreis während eines Zeitraums von weniger als 180° einer Hochfrequenzperiode fließt; dies ist noch im einzelnen im Zusammenhang mit den Figuren 7 und 8 erläutert. Obwohl der C-Betrieb bevorzugt wird, ist die Einrichtung 10 jedoch nicht auf diese Betriebsweise beschränkt. Ein Kondensator 27, ein Induktor 28 und ein Verbraucherwiderstand 29 sind parallel zwischen dem positiven Anschluß der Quelle 23 und die Kollektorelektrode 19 geschaltet. Funktionsmäßig enthält dieser Kondensator 27 auch die Kapazität der Einrichtung 10 zwischen Kollektorelektrode 19 und der Basiselektrode 2O. Die Parallelresonanzfrequenz der Kombination wird so eingestellt, daß sie im wesentlichen gleich der Mittenfrequenz des Frequenzbandes ist, für welches die Einrichtung 10 in einem bestimmten Anwendungsfall bemessen ist.A source 23 for a bias voltage V and a source 24 for RF or microwave signals to be amplified are in Series connected between the base electrode 20 and the emitter electrode. The source 23 is shown for biasing of the emitter-PN junction region 13 set up in the reverse direction, so that the device IO operates as a C-amplifier, i.e. as an amplifier in the current from the high frequency source 24 flows in the emitter-base circuit for a period of less than 180 ° of a high frequency period; this is still explained in detail in connection with FIGS. 7 and 8. Although the C mode is preferred, the device 10 is not limited to this mode of operation. A capacitor 27, an inductor 28 and a load resistor 29 are in parallel between the positive terminal of the source 23 and the collector electrode 19 switched. Functionally, this capacitor 27 also contains the capacitance of the device 10 between the collector electrode 19 and the base electrode 2O. The parallel resonance frequency of the combination is adjusted to be substantially is equal to the center frequency of the frequency band for which the device 10 is dimensioned in a particular application.

Es wird Bezug genommen auf die Figur 3, welche eine Kurve 30 für Gleichstrom und. Gleichspannung der in Sperrichtung vorgespannten Basis-Kollektor-Struktur der Einrichtung 10 allein betrachtet Reference is made to FIG. 3, which shows a curve 30 for direct current and. DC voltage of the reverse-biased base-collector structure of the device 10 considered alone

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zeigt. Ebenso zeigt die Figur 3 die Kurve 31 und diese stellt eine hypothetische Kennlinie Gleichstrom über Gleichspannung für die gleiche Struktur dar, welche zusammen mit der Kurve 37 der Figur 4 zu verwenden ist, zum besseren Verständnis der theoretischen Grundlage der Arbeitsweise. Die Kurve 37 repräsentiert den Multiplikationsfaktor für diejenige Ladung, welche in die gleiche Basis-Kollektor-Struktur der Einrichtung 10 eintritt, über der Gleichspannung in einem hypothetischen Fall, in dem das Profil des elektrischen Feldes und die Lawinenkoeffizienten unabhängig von der Größe der Multiplikation sind. Die Punkte 36, 38 entsprechen den Spannungen V- bzw. V . Bei der Spannung Vg besitzt die Kurve 37 eine vertikale Flanke und der Multiplikationsfaktor erhöht sich auf unendlich. Die Kurve 31 besitzt ebenfalls bei der Spannung V„ eine vertikale Steigung. In einem wirklichen Material, beispielsweise Silizium, welches in der Basis-Kollektor-Struktur der Einrichtung 10 verwendet wird, ist der Kollektorstrom gemäß der Darstellung in Figur 3 am Anfang sehr gering und beginnt mit einem Anstieg am Punkt 32 entsprechend der Spannung V- und steigt weiter an an dem Punkt 33 entsprechend der Spannung V . Die Multiplikationsfaktoren bei V1 und V sind die auf den Lawinenprozeß zurückzuführenden Multiplikationsfaktoren und sind im wesentlichen gleich 10 und 100. In einem wirklichen Material, beispielsweise Silizium, bewirkt jedoch mit der Vergrößerung des MuItiplikationsfafctors, d.h. inshows. FIG. 3 also shows curve 31 and this represents a hypothetical direct current versus direct voltage characteristic curve for the same structure, which is to be used together with curve 37 in FIG. 4 for a better understanding of the theoretical basis of the mode of operation. The curve 37 represents the multiplication factor for that charge which enters the same base-collector structure of the device 10 over the DC voltage in a hypothetical case in which the profile of the electric field and the avalanche coefficients are independent of the magnitude of the multiplication. Points 36, 38 correspond to voltages V- and V, respectively. At the voltage V g , the curve 37 has a vertical edge and the multiplication factor increases to infinity. The curve 31 also has a vertical gradient at the voltage V ". In a real material, for example silicon, which is used in the base-collector structure of the device 10, the collector current as shown in FIG. 3 is very low at the beginning and begins with an increase at point 32 corresponding to the voltage V- and increases further on at point 33 corresponding to voltage V. The multiplication factors at V 1 and V are the multiplication factors attributable to the avalanche process and are essentially equal to 10 and 100. In a real material, for example silicon, however, as the multiplication factor increases, ie in

der Größenordnung von 10 , die Anwesenheit der durch den Lawinenmultiplikationsprozeß selbst erzeugten Ladung, daß sich das elektrische Feld in der Nähe des PN-Ubergangsbereiches vermindert, und bewirkt gleichzeitig, daß sich das elektrische Feld in der Nähe der Kollektorelektrode erhöht. Solche Änderungen in der räumlichen Feldverteilung bei der gleichen Spannung bewirken, daß das Feld in der Nähe des PN-Übergangsbereiches auf die Feldstärke absinkt, welche benötigt wird, um den erforderlichen Multiplikationsfaktor aufrechtzuerhalten,, Um daher die gleiche Stromstärke wie an dem Punkt 34 der hypothetischen Kurve 31 inof the order of 10, the presence of the avalanche multiplication process self-generated charge that the electric field in the vicinity of the PN junction area is reduced, and at the same time causes the electric field in the Increased near the collector electrode. Such changes in the spatial field distribution at the same voltage cause that the field in the vicinity of the PN junction area drops to the field strength which is required to achieve the required To maintain multiplication factor, therefore, the same Amperage as at point 34 on hypothetical curve 31 in FIG

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Figur 3 zu erhalten, benötigt die wirkliche Struktur eine größere Spannung, wie dies an dem Punkt 35 in der Kurve 30 dargestellt ist. Thermische Effekte bedingen ebenfalls einen Beitrag zur erforderlichen Spannungserhöhung.In order to obtain FIG. 3, the actual structure requires a greater stress, as shown at point 35 in curve 30 is. Thermal effects also make a contribution to the required increase in voltage.

Die Kurve in Figur 3 stellt daher bis zu einer Spannung geringfügig unterhalb V4 die stationären Verhältnisse für Gleichstrom und Spannung in einer Struktur dar, welche beispielsweise der Basis-Kollektor-Struktur der Einrichtung 10 entspricht. Der nahezu lineare Teil der Kurve 30 zwischen den Punkten V_ und V1 wür-The curve in FIG. 3 therefore represents the steady-state conditions for direct current and voltage in a structure up to a voltage slightly below V 4 , which corresponds to the base-collector structure of the device 10, for example. The almost linear part of curve 30 between points V_ and V 1 would be

2 3 2 Δ ■ 'k 2 3 2 Δ ■ 'k

de einer Stromdichte von 10 bis 10 A/cm entsprechen. Bei nochde correspond to a current density of 10 to 10 A / cm. At still

4 24 2

größeren Stromstärken, beispielsweise oberhalb 10 A/cm würde die Kurve 30 eine vertikale Steigung besitzen, d.h. bei der Spannung V41 und bei noch größeren Stromstärken würde sie eine negative Steigung besitzen und normalerweise würde die Struktur irreversibel zerstört. An einem Vorspannungswert V3 entsprechend dem Punkt 35 in Figur 3 können die Hochspannungsamplituden über den stabilen Gleichspannungsgrenzwert V4 hinaus schwingen (jedoch lediglich während einer kurzen Zeitdauer), wenn die Basis- und Kollektorelektrode mit einem geeigneten Resonanzkreis oder Schwingkreis verbunden sind. Der Mittelwert der Stromstärke ist dann geringfügig größer als die Stromstärke an dem Punkt 35 mit der gleichen Vorspannung V3. Dies entspricht einem Betrieb der Struktur als IMPATT-Oszillator. Der Multiplikationsfaktor in einem IMPATT-Diodenoszillator ist größer als 10" . Aus noch später ersichtlichen Gründen wird der PN-Basis-Kollektorteil der Einrichtung 10 mit einer Spannung in der Nähe von V in den Figuren 3 und 4 vorgespannt, d.h. mit einem Multiplikationsfaktor im Bereich von etwa 5 bis etwa 50. Wenn ein Schwingkreis schaltungsmäßig mit der Bas.is- und der Kollektorelektrode der Einrichtung 10 verbunden wird und die Einrichtung mit der angedeuteten Kollektorvorspannung arbeitet, ist die Einrichtung hochfrequenzstabil, d.h. sie wird nicht selbstschwingend sein. Weiterhin besitzt die Einrichtung einen äußerst, niedrigen Ruhegleichstrom und ist in der Lage,higher currents, for example above 10 A / cm, the curve 30 would have a vertical slope, ie at the voltage V 41 and at even higher currents it would have a negative slope and the structure would normally be irreversibly destroyed. At a bias value V 3 corresponding to point 35 in Figure 3, the high voltage amplitudes can oscillate beyond the stable DC voltage limit value V 4 (but only for a short period of time) if the base and collector electrodes are connected to a suitable resonant circuit. The mean value of the current intensity is then slightly greater than the current intensity at point 35 with the same bias voltage V 3 . This corresponds to operating the structure as an IMPATT oscillator. The multiplication factor in an IMPATT diode oscillator is greater than 10 ". For reasons which will become apparent later, the PN base collector part of the device 10 is biased with a voltage in the vicinity of V in FIGS. 3 and 4, ie with a multiplication factor in the range from about 5 to about 50. If a resonant circuit is connected to the base and collector electrodes of device 10 and the device works with the indicated collector bias, the device is stable at high frequencies, ie it will not be self-oscillating an extremely, low quiescent direct current and is able,

4098197 0 7 724098197 0 7 72

die im Kollektorbereich erscheinende Ladung bei Vorhandensein eines an der Emitterelektrode zugeführten Signals zu verstärken, wie dies noch im Zusammenhang mit den Figuren 7 und 8 erläutert wird.the charge appearing in the collector area in the presence of a to amplify the signal fed to the emitter electrode, as will be explained in connection with FIGS. 7 and 8.

Wenn zwischen Kollektorelektrode und Basiselektrode der Einrichtung die Kollektorvorspannung V angelegt wird, dann ist der Gleichstromfluß durch die Einrichtung stabil, d.h. ein gegebener Eingangsstrom zum Kollektorbereich erzeugt einen Ausgangsstrom, welcher Über einen endlichen Multiplikationsfaktor mit dem Eingangsstrom in Beziehung steht. Bei einer solchen Vorspannung erfüllt der Kollektorbereich das Kriterium für Stabilität, nämlich daß das Rückkopplungsintegral (als F.B.I0 bezeichnet) durch nachstehende Beziehung definiert ist;When the collector bias voltage V is applied between the collector electrode and the base electrode of the device, the direct current flow through the device is stable, ie a given input current to the collector region generates an output current which is related to the input current via a finite multiplication factor. With such a bias, the collector region satisfies the criterion for stability, namely that the feedback integral (referred to as FBI 0 ) is defined by the following relationship;

F.B.I, a 1-1 - /fWoC*d£' (1)FBI, a 1-1 - / f W oC * d £ '(1)

M Jo M Jo

Dabei ist OC*der effektive Lawinenkoeffizient, d *. ist die Dicke einer dif'ferentiellen Schicht und die Grenzen 0 bis W entsprechen der Spannweise der Entfernung, über welcher das elektrische Feld existiert. M ist der Multiplikationsfaktor, auf den im Zusammenhang mit der Figur 4 Bezug genommen ist. Es ist zu beachten, daß in dieser Gleichung (1) der Multiplikationsfaktor unendlich groß ist, wenn das Rtickkopplungsintegral (F.B.I.) 1 ist.OC * is the effective avalanche coefficient, d *. is the thickness a differential layer and the boundaries 0 to W correspond the span of the distance over which the electric field exists. M is the multiplication factor to which reference is made in connection with FIG. Note that in this equation (1), the multiplication factor is infinite is large when the feedback integral (F.B.I.) is 1.

Für ein Halbleitermaterial des N-Typs werden öC und OC. als LawinenkoefjFizienten der Elektronen bzw. der Löcher bezeichnet und der effektive Lawinenkoeffizient O& ist dann definiert alsFor an N-type semiconductor material, δC and OC. referred to as the avalanche coefficient of the electrons or the holes and the effective avalanche coefficient O & is then defined as

- ÖC βχρΛ - f (<*.„-OLJ dB 7 (2)- ÖC βχρΛ - f (<*. "- OLJ dB 7 (2)

4098 19/07724098 19/0772

Es ist zu beachten, daß die Beziehung gilt: CJC Zt ^ n gemäß CS^. ; dabei sind die Zeichen entsprechend in den beidenIt should be noted that the relationship applies: CJC Zt ^ n according to CS ^. ; the characters are accordingly in the two

P ^* . ηP ^ *. η

Ausdrücken zu setzen, Dph@r ist für ein vorgegebenes elektrisches Feldprofil das Rückkopplungsintegral kleiner und damit der Multiplikationsfaktor M kleiner, wenn OC <OCn für einen Kollektorbereich des N-Typs" im Vergleich zu dem Fall, in dem beispielsweise OL « (Xn gilt. Der Fäll, in dem OC ^ OCn ist,- gestattet daher einen größeres Bereich der Spannung von V1 bis V- in Fig. 4 mit nutzbarer1 Multiplikation. Ein solcher größerer stabiler . gleichspannungebereich für dl© Multiplikation macht dann ein solches Halbleitermaterial wenig©!· geneigt ^u einem elektrischen Ausfall.To set expressions, Dph @ r for a given electric field profile the feedback integral is smaller and thus the multiplication factor M is smaller if OC <OC n for a collector area of the N-type "compared to the case in which, for example, OL " (X n The case in which OC ^ OC n - therefore allows a larger voltage range from V 1 to V - in Fig. 4 with usable multiplication 1. Such a larger, more stable DC voltage range for dl © multiplication then makes such a Semiconductor material little prone to electrical failure.

Noch wichtiger ist di© Tatsache, daß das Verhältnis °C zu Even more important is the fact that the ratio is ° C to

W bei χ ™ ο gemäß dem Ausdruck expW with χ ™ ο according to the expression exp

in Bsziehung steht sum Verhältnis der scheinbaren zusätzlichen Elektronen, welche an dem Basis-Kollektor-PN-Übergangsbereich iBjizisrt sind zn der Zahl der tatsächlich injizierten Elektronen. Die scheinbaren zusätzlichen Elektronen sind das Ergebnis des Lawia©mraltipilka.tionsppozesses der Löcher, welche an dem übergangsbereich ankommen, nachdem die Löcher selbst kurz zuvor durch den Lawinenprozeß 'im Innern des Kollektorbereichs erzeugt wurden. Wenn die Zahl der zusätzlichem Elektronen.größer ist als die durch das Signal injizierten Elektronen, dann wird die Bedeutung (Signifikanz) des Signals vermindert, d.h. die Einrichtung besitzt ©ine große Ausgaagsleistung, welche praktisch unabhängig -ist von der'Amplitude des Signals. Um eine hohe Multiplikation ohne Verlust der Signalfoedeutiang zu erhalten,, d.h. einen großen dynamischen Verstärkungsbiereieh, muß eC wesentlich kleiner seinrelated to the ratio of the apparent additional electrons which are located at the base-collector-PN junction area to the number of electrons actually injected. The apparent additional electrons are the result of the law of the holes, which arrive at the transition area after the holes themselves have been created shortly beforehand by the avalanche process inside the collector area. If the number of additional electrons is greater than the electrons injected by the signal, then the significance of the signal is reduced, ie the device has a large output power which is practically independent of the amplitude of the signal. In order to get a high multiplication without loss of signal quality, ie a large dynamic gain beer, eC must be much smaller

JrJr

als <Xa für d@n Halbloiter des N-Typs. Zusammengefaßt ist daher di®. B&aingmg 0^n >> 0^ für den Halbleiter- d©a H-Typ.s (oderas <X a for d @ n N-type semiliter. In summary, therefore, is di®. B & aingmg 0 ^ n >> 0 ^ for the semiconductor d © a H-Typ.s (or

409819/0772 .409819/0772.

.- 13 -.- 13 -

CC » oc fUr den p->Typ) notwendig für einen größeren stabilenCC »oc f Ur the p-> type) necessary for a larger stable one

Gleichspi»nnungsbereich mit mäßigem Multiplikationsfaktor und für den größeren dynamischen Bereich der Signa!verstärkung.Same spinning range with moderate multiplication factor and for the larger dynamic range of the Signa! amplification.

Der Halbleiter Silizium erfüllt die Anforderung für ein Material des N-Typs, da er einen Wert von oC si io<=c im Bereich der interessierenden elektrischen Feldstärken besitzt. Für ein Material des P-Typs ist Germanium mit ©C > oc ebenfalls geeignet. DieThe semiconductor silicon fulfills the requirement for an N-type material, since it has a value of oC si io <= c in the range of the electric field strengths of interest. For a P-type material, germanium with © C> oc is also suitable. the

Materialien mit 0^ ^ OC f ^ie GaAs und GaP, sind nicht geeignet für die Verwendung gemäß dieser, Erfindung. Es ist zu beachten, daß in vielen Materialien die Unterschiedlichkeit zwischenMaterials with 0 ^ ^ OC for GaAs and GaP are not suitable for use in accordance with this invention. It should be noted that in many materials there is a difference between

η und OCρ bei niedrigeren elektrischen Feldwerten größer ist, beispielsweise in Germanium und Silizium gemäß der Abbildung in Figur 5. Jedoch kann diese Tatsache nicht vorteilhaft ausgenutzt werden zur Erzeugung einer großen Unterschiedlichkeit durch Einstellung der Betriebsspannung auf einen niedrigeren Wert, da dann der Multiplikationsfaktor zu klein würde und die Einrichtung untragbar wäre. Das Silizium-Halbleitermaterial erfüllt alle Erfordernisse bezüglichc<- und oC und deren Unterschiedlichkeitη and OCρ is greater at lower electric field values, for example in germanium and silicon as shown in FIG Fig. 5. However, this fact cannot be used to advantage to produce great diversity by adjustment the operating voltage to a lower value, since the multiplication factor would then be too small and the facility would be unacceptable were. The silicon semiconductor material meets all requirements regarding c <- and oC and their differences

• η ρ• η ρ

in dem interessanten MultipLikationsbereich.in the interesting multiplication area.

Es wird nunmehr Bezug genommen auf die Figur 5, welche den t -Reference is now made to FIG. 5, which shows the t -

en
winenkoeffizient/für Elektronen und für Löcher in Silizium ν in Germanium als eine Funktion der elektrischen Feldintenst -J ι zeigt. Ein typischer Wert der elektrischen Feldstärke in am Luwinenzone gemäß Figur 1 mit einem Profil nach Figur 2 wäre dabei eine Stromverstärkung von etwa 10/und ein Verhältnis des Lawinenkoeffizienten der Elektronen zum Lawinenkoeffizienten der Löcher, von etwa 10 beträgt etwa 3,3 χ 10 Volt/cm, dargestellt durch die Ordinate 39.
en
win coefficient / for electrons and for holes in silicon ν in germanium as a function of the electrical field intensity -J ι shows. A typical value of the electric field strength in the Luwinenzone according to Figure 1 with a profile according to Figure 2 would be a current gain of about 10 / and a ratio of the avalanche coefficient of the electrons to the avalanche coefficient of the holes, of about 10 is about 3.3 χ 10 volts / cm, represented by the ordinate 39.

Es wird nunmehr Bezug genommen auf die Figur 6, welche die Driftgeschwindigkeit für Elektronen in Silizium als eine Funktion derReference is now made to FIG. 6 which shows the drift speed for electrons in silicon as a function of

40-98 19/077240-98 19/0772

elektrischen Feldintensität zeigt. Bei öiner elektrischen Feldstärke von etwa 10 Volt/cm liegt die Driftgeschwindigkeit vonelectric field intensity shows. With an electric field strength of about 10 volts / cm is the drift speed of

Elektronen in der Nähe des Sättigungswertes von etwa 10 cm/sek. Dieser Wert der elektrischen Feldstärke ist mindestens um eine Größenordnung kleiner als die elektrische Feldstärke von 3,3 χ 10* V/cm in dem Lawinenbereich an dem Vorspannungspunkt gemäß der Ordinate 39 in Figur 4. Demgemäß bewegen sich die multiplizierten Ladungsträger in der Lawinenzone anfänglich mit einer Sättigungsdriftgeschwindigkeit und mit der Verminderung der von der Kollektorvorspannung erzeugten Komponente der Feldstärke entlang des Kollektorbereiches können sich die Träger mit einer Geschwindigkeit unterhalb der Sättigungsdriftgeschwindigkeit bewegen. Bei Vorhandensein richtiger Hochfrequenz-Betriebsbedingungen erhöht jedoch die Ladung, welche durch die sich bewegende Lawine erzeugt wird, die elektrische Feldintensität in dem von ihr durchsetzten Bereich synchron mit der Spannungsänderung, so daß für praktische Zwecke die sich bewegende Ladung den Kollektorbereich im wesentlichen mit der Sättigungsdriftgeschwindigkeit durchquert. Dies gilt ganz besonders dann, wenn die Dichte der durch die Lawine erzeugten Ladung vergleichbar ist mit der resultierenden Aktivatorkonzentration und wenn die für die Durchwanderung des Basis-Kollektorraums durch die Ladung benötigte Zeit etwa die Hälfte der Betriebsperiode der Hochfrequenz beträgt.Electrons close to the saturation value of about 10 cm / sec. This value of the electric field strength is at least around one Order of magnitude smaller than the electric field strength of 3.3 10 * V / cm in the avalanche area at the bias point according to the ordinate 39 in Figure 4. Accordingly, the multiplied move Charge carriers in the avalanche zone initially with a saturation drift speed and with the reduction of The component of the field strength generated by the collector bias along the collector area can move the carrier at a speed move below the saturation drift speed. In the presence of correct high frequency operating conditions however, the charge generated by the moving avalanche increases the electric field intensity in the area through which it passes Area synchronous with the voltage change, so that for practical purposes the moving charge is the collector area traversed essentially at the saturation drift velocity. This is especially true when the density is through The charge generated by the avalanche is comparable to the resulting activator concentration and if that is necessary for the migration of the base collector space required by the charge is half the operating period of the high frequency.

Nachdem vorstehend die Struktur der Halbleiter-Verstärkereinrichtung 10 gemäß Figur 1 und die Schaltungsverbindungen und ebenso die Bewegung und Erzeugung von Ladungsträgern in den verschiedenen Teilen der Halbleitereinrichtung gemäß den Vorspannungsbedingungen beschrieben wurden, wird nachstehend die Arbeitsweise der Einrichtung und Schaltung gemäß Figur 1 erläutert. Die Emitter-Bas is-Schaltung wird durch die Quelle 23 für den Betrieb als C-Verstärker vorgespannt. Das heißt, die Signalladung wird von . dem Emitterbereich in den Basisbereich über einen Zeitraum von weniger als der Hälfte Jeder Betriebsperiode der Hochfrequenz injiziert. Es wird nunmehr Bezug genommen auf die Figur 7, welcheAfter the structure of the semiconductor amplifier device 10 according to FIG. 1 and the circuit connections and likewise the movement and generation of charge carriers in the various Dividing the semiconductor device according to the bias conditions have been described, the operation of the device and circuit according to Figure 1 is explained below. The emitter bas is circuit is controlled by source 23 to operate as C amplifier biased. That is, the signal charge is from. the emitter region into the base region over a period of less than half of each operating period of high frequency is injected. Reference is now made to Figure 7, which

^09819/0772^ 09819/0772

eine Kurvendarstellung der periodischen "-Spannung ¥^c zwischen . der Basiselektrode und Kollektorelektrode der Einrichtung in Abhängigkeit von der Zeit zeigt, wobei die Zeit in einem Maßstab gemäß Bruchteilen einer Hochfrequenzperiode der Einrichtung dargestellt ist. Die Spannung".V^ ist die Summe der Spannung V^ über der Verbraucherimpedanz und der durch die Ordinate"V dargestellten Betriebsgleichspannung/ wobei die letztere Spannung zeitlich konstant ist und der Spannung T. v'oii Figur".3 ".entspricht.shows a graph of the periodic "voltage ¥ ^ c between the base electrode and collector electrode of the device as a function of time, the time being represented on a scale according to fractions of a high frequency period of the device. The voltage" .V ^ is the sum of the Voltage V ^ over the load impedance and the operating direct voltage represented by the ordinate "V / where the latter voltage is constant over time and corresponds to the voltage T. v'oii figure" .3 ".

Am Beginn bzw. ""am .Zeitpunkt. Kuli "ist die Spannung Vbc gleich der Spannung V , erreicht ©in Maximum-V. ptstjs, an dein. Viertelperiodenpunkt und kehrt auf den Wert V an ueia'HaXbperioden'-punkt zurück. Die Spannung-V. -'sinkt dann.-auf'©inen-'Mindestwert VK min» an dem Dreivlertelper'lodenpunkt ab un"d'ke.hrt sumAt the beginning or "" at the time. Kuli ", the voltage V bc is equal to the voltage V, reaches © in maximum-V. Ptstjs, at your quarter-period point and returns to the value V at ueia'HaXbperioden'-point. The voltage-V. -S then decreases. -to '© inen-' Minimum value V K min »at the three-quarter point from un"d'ke.hrt sum

Wert V bei Beendigung der Periode zurück. " "" .Return value V at the end of the period. "" ".

Ss wird weiterhin Bezug genommen auf die Figur-".8, welche Kurven für vier Betriebsparameter- in. der "Halbleitereinrichtung und '. Schaltung nach Figur 1 als· Funktion: der Seit zeigt; die Zeit ist auch, hier-in Form ν-οή-Bruchteilen--einer Hochfrequenz-Betriebs= periode dargestellt. Die"" Kurve 41 dos Stroms;! ,, ira. Emitterkreis9 die. Kurve 42 für die in. den.-Kol-l®ktos*b@r@ich injizierte La^ dung-.q., die Kurv® 43 fürdi®. v©b d@r Ltwin® erzeugte Ladung q Further reference is made to the figure - ". 8, which curves for four operating parameters - in. The" semiconductor device and '. Circuit according to FIG. 1 as function: the side shows; the time is also shown here - in the form of ν-οή fractions - of a high-frequency operating period. The "" curve 41 dos Stroms ;! ,, ira. Emitter circuit 9 the. Curve 42 for the in. Den.-Kol-l®ktos * b @ r @ I injected charge-.q., The curve 43 for di®. v © bd @ r Ltwin® generated charge q

und die Kurve 44 des Stroms i im Kollektorkreis sind entlangand the curve 44 of the current i in the collector circuit are along

der Ordinate als Funktion der Zelt aufgetragen,-"Die Ordinaten« maßst'äbe. für die. Ladungen sind im "wesentlichen' gleich und unterscheiden sieh von den Maßstäben für die Stromstärken. Wie bereits .vorstehend aufgezeigt, fließt wegen der Vorspannung des • Eraitter-Bssis-Bereiches der Einrichtung in Sperriehtung kein Strom...mit ;Ä us nähme des Zustandes, wenn der Emitter.^Bas-is-PK-übergangsbereich in Durchla^r-ichtung vorgespannt ist» Dieser 2«- stand tritt jedoch nur während ©in©© T®i!s der negativen Auslegfs kung der Hochfrequenzperiode.'der "Schwingung ausff .und. die Dauerthe ordinate plotted as a function of the tent - "The ordinates" scales for the charges are "essentially" the same and differ from the scales for the current intensities. As already indicated above, no current flows with it because of the bias of the • Eraitter-Bssis area of the device in the locked position ; The condition would be assumed if the emitter. ^ Bas-is-PK transition area is biased in the direction of passage High-frequency period. Of the "oscillation and the duration

Period©. -.Period ©. -.

4 0 9-8 1-9/:.0Π4 0 9-8 1-9 /:. 0Π

Das Auftreten des negativen Spitzenwertes des eingangsseitigen Hochfrequenzsignals wird zeitlich so eingerichtet, daß es etwa zu dem Zeitpunkt eintritt, in dem die Spannung V. der Figur 7The occurrence of the negative peak value of the high-frequency signal on the input side is set in time so that it is approximately occurs at the point in time in which the voltage V. of FIG

, dc, dc

ihre negative Auslenkung unterhalb des Spannungswertes V beginnt. Dies wird bewerkstelligt durch richtige Wahl der Driftstrecke im Kollektorbereich. Die Kurve 41 für den Emitterstrom i@ stellt die Ladung dar, welche in dem Basisbereich injiziert wird. Die gesamte am Emitter-PN-Übergengsbereich injizierte Ladung erreicht nicht den Kollektor-PN-Übergangsbereich.their negative deflection below the voltage value V begins. This is achieved by choosing the right drift path in the collector area. The curve 41 for the emitter current i @ represents the charge which is injected in the base region. All of the charge injected at the emitter PN junction does not reach the collector PN junction.

Ein wesentlicher Teil der injizierten Ladung geht beim Durchgang im Basisbereich beim Hochfrequenzbetrieb verloren, so daß nur ein Teil der Ladung den Kollektor-PN-Übergangsbereich erreicht. Diejenige Ladung, welche die Lawinenzone erreicht, wird durch die Größe q. dargestellt. Der Spitzenwert für q. liegt um einen gerin-A significant part of the injected charge goes in transit lost in the base range during high frequency operation, so that only some of the charge reaches the collector PN junction. The charge that reaches the avalanche zone is carried by the Size q. shown. The peak value for q. is a little

gen Bruchteil der Hochfrequenzperiode später als das Auftreten des Spitzenwertes des Emitterkreisstroms i . Die Verzögerung des Spitzenwertes von q. bezüglich i„ stellt die Durchgangszeitverzö-gen fraction of the high frequency period later than the occurrence of the peak value of the emitter circuit current i. The delay of the Peak value of q. with regard to i "represents the transit time delay

3. e '3. e '

gerung der Ladungsträger im Basisbereich dar. Die Amplitude wird vermindert, und dies stellt einen Ladungsverlust infolge Rekombination und Diffusion dar. Die in die Lawinenzone injizierte Ladung q. wird multipliziert und erscheint als eine Ladung, welche durch Lawinenwirkung in der Lawinenzone multipliziert ist. In der Abbildung ist der Spitzenbereich der Kurve 43 der Lawinenladung q mit einer Amplitude von etwa ,dem fünffachen Wert der Amplitude der injizierten Ladung q. dargestellte Der Spitzenwert von a tritt nach dem'Spitzenwert der Injizierten'Ladung q, au£o -The amplitude is reduced, and this represents a loss of charge due to recombination and diffusion. The charge q injected into the avalanche zone. is multiplied and appears as a charge which is multiplied by avalanche action in the avalanche zone. In the figure, the peak area of curve 43 is the avalanche charge q with an amplitude of about five times the amplitude of the injected charge q. The peak value of a appears after the 'peak value of the injected' charge q, au £ o -

Sä - 3LSä - 3L

Die Lawinenladung, welche in der Lawinenzone erzeugt wurde, bewegt sich von der iüawinenzone und durch die Driftzone im wesentlichen mit der Sättigungsgeschwindigkeit in Richtung auf die Kollektorelektrode, und zwar sogar während des nach kleineren Werten verlaufenden Teils der Spannungsänderung, wie dies im Zu-The avalanche charge generated in the avalanche zone essentially moves from the avalanche zone and through the drift zone with the saturation speed in the direction of the collector electrode, even during the smaller one Part of the voltage change, as shown in the

409819/0772409819/0772

sammenhang rait Figur 6 aufgezeigt wurde. Bei der Bewegung der Ladung in der Driftzone zwischen dem Kollektor-PN-Übergangsbereich und der Kollektorelektrode induziert diese einen Stromfluß in der äußeren Schaltung, welche zwischen die Basiselektrode und die Kollektorelektrode geschaltet ist. Da die Ladung eine relativ konstante Amplitude besitzt und sich mit einer relativ konstanten Geschwindigkeit bewegt, induziert sie einen relativ konstanten Strom i zwischen der Basis- und der Kollektorelektrode, welchercontext rait Figure 6 was shown. When moving the Charge in the drift zone between the collector PN junction area and the collector electrode, this induces a current flow in the external circuit which is between the base electrode and the collector electrode is connected. Since the charge is a relative possesses constant amplitude and deals with a relatively constant Moving speed, it induces a relatively constant Current i between the base and collector electrodes, which

durch die Kurve 44 dargestellt ist. Die Spitzenbildung des Kollektorstroms i an der Vorderflanke 45 desselben wird erzeugtis represented by curve 44. The top formation of the Collector current i on the leading edge 45 of the same is generated

durch die Löcherkomponente desjenigen Stroms, der in der Lawinenzone erzeugt wurde, und wird an dem Kollektor-PN-Übergangsbereich gesammelt. Die Löcherkomponente des Kollektorstroms ist etwas kleiner bezüglich des Stroms, welcher durch die Bewegung der Elektronen vom Kollektor-PN-Übergangsbereich zur Kollektorelektrode erzeugt wird, die ihrerseits durch Lawinenwirkung erzeugt wurden. Die Grundkomponente des äußeren Stroms i ist um etwa 180 außer Phase bezüglich der zwischen Basis- und Kollektorelektrode erscheinenden Spannung. Demgemäß wird im Kollektorbereich Leistung erzeugt und an den Verbraucher abgegeben. Um einen steilen Anstieg des Kollektorstroms i zu erhalten und da-through the hole component of the current flowing in the avalanche zone has been generated and is at the collector PN junction collected. The hole component of the collector current is slightly smaller than the current drawn by the movement of electrons from the collector PN junction to the collector electrode is generated, which in turn is generated by avalanche action became. The basic component of the external current i is approximately 180 out of phase with respect to that between the base and collector electrodes appearing tension. Accordingly, power is generated in the collector area and delivered to the consumer. To one to obtain a steep rise in the collector current i and

mit einen guten Wirkungsgrad-des Betriebs zu schaffen, ist es notwendig, daß sich die Lawinenladung schnell aufbaut. Ein solches Ergebnis wird dadurch erreicht, daß eine Lawinenzone mit geringer Ausdehnung in longitudinaler Richtung und mit einer solchen resultierenden 'Aktivatorkonzentration vorgesehen wird, welche wesentlich größer ist als die resultierende Aktivatorkonzentration in der Driftzone.,Wenn ein solcher aus Silizium bestehender Kollektorbereich, welcher außerdem noch die Anforderung erfüllt, daß das Integral der resultierenden Aktivatorkonzentration über die Länge des Bereiches gleich etwa Having a good operating efficiency is to create it necessary that the avalanche charge builds up quickly. One such Result is achieved in that an avalanche zone with a small extent in the longitudinal direction and with a such a resulting 'activator concentration is provided, which is much greater than the resulting activator concentration in the drift zone., if one made of silicon existing collector area, which also fulfills the requirement that the integral of the resulting activator concentration over the length of the area is approximately equal to

12 2 ■12 2 ■

2,5 x IO cm ist, an beweglichen Ladungsträgern abgereichert wird, dann wird an dem Basis-Kollektor-PN-Übergangsbereich eine ausreichend hohe elektrische Feldintensität 'und eine geringe2.5 x IO cm is depleted of movable load carriers then becomes at the base-collector PN junction region a sufficiently high electric field intensity 'and a low one

. 409819/0772. 409819/0772

elektrische Feldintensität an der Kollektorelektrode erzeugt, um die zuvor beschriebene Betriebsweise zu erhalten. Das Integral der resultierenden Aktivatorkonzentration im Kollektorbereich der Einrichtungen nach den Figuren 1 und 10 und der Darstellung nach den Figuren 2 und 11 erfüllt die vorgenannten Anforderungen.electric field intensity generated at the collector electrode in order to to obtain the previously described mode of operation. The integral of the resulting activator concentration in the collector area of the Devices according to FIGS. 1 and 10 and the representation according to FIGS. 2 and 11 meet the aforementioned requirements.

Unter der Vorspannung V in Figur 7 wird der Kollektorbereich vom N-Typ bezüglich der Ladungsträger abgereichert, und es wird eine positive Raumladung auf solche Weise aufgebaut, daß die elektrische Feldintensität an dem Bäsis-Kollektor-PN-Übergangsbereich groß ist und an der Kollektorelektrode nahezu Null ist. Aus einer Betrachtung der Figur 7 könnte man scheinbar entnehmen, daß zu einem Zeitpunkt von 3/4 der Periode die Feldstärke am Kollektor Null wäre oder die Feldstärke in einem Teil der Driftzone niedrig wäre und daher die Ladung in der Driftzone 14 sich nicht mit einer Sättigungsdriftgeschwindigkeit bewegen würde. Dies ist jedoch unter den richtigen Betriebsbedingungen nicht der Fall. Da die räumliche Neigung des elektrischen Feldprofils proportional der Raumladung is!t, heben die von dem Lawinenprozeß erzeugten Elektronen einen Teil der positiven Raumladung am Ort der Elektronen auf und verändern dadurch die Steigung. Dies führt zu einer Absenkung des Wertes des Feldes am PN-Übergangsbereich und zu einer Anhebung des Wertes für das Feld am Kollektoranschluß, wenn die Spannung konstant gehalten wird. Daher kann die Spannung zu einem gewissen Grade erniedrigt werden, ohne ein Verschwinden des elektrischen Feldes an irgendeinem Ort im Innern des Kollektor-.bereichs zu bewirken. Die durch Lawinenwirkung erzeugten Elektronen driften daher durch den Kollektordriftbereich unter hoher Feldstärke mit der Sättigungsgeschwindigkeit trotz der Tatsache, daß während dieser Driftzeit die Spannung in Figur 7 eine Abwärtsänderung erfährt. Der richtige Wert für die durch Lawinenwirkung erzeugte Ladung ist im wesentlichen gleich der resultierenden Aktivatorkonzentration in der Driftzone. Die Bestimmung dieses richtigen Wertes geht von Erwägungen wie der Absicht zur ErzielungUnder the bias V in Figure 7, the collector area is from N-type is depleted with respect to the charge carriers, and a positive space charge is built up in such a way that the electrical Field intensity at the base collector PN junction is large and is almost zero at the collector electrode. From a consideration of FIG. 7 one could apparently infer that to at a point in time of 3/4 of the period the field strength at the collector would be zero or the field strength in a part of the drift zone would be low and therefore the charge in drift zone 14 would not move at a saturation drift velocity. However, this is not the case under the correct operating conditions. Since the spatial inclination of the electric field profile is proportional to the Space charge is lifted up by the electrons generated by the avalanche process part of the positive space charge at the location of the electrons and thereby change the slope. This leads to a lowering the value of the field at the PN junction area and an increase in the value for the field at the collector connection, if the Voltage is kept constant. Therefore, the tension can be lowered to some extent without disappearing electric field anywhere inside the collector area to effect. The electrons generated by the avalanche effect therefore drift through the collector drift range at a higher rate Field strength at the rate of saturation despite the fact that during this drift time the voltage in Figure 7 experiences a downward change. The correct value for the avalanche effect generated charge is essentially equal to the resulting activator concentration in the drift zone. Determining this Correct value depends on considerations such as the intention to achieve it

9819/07729819/0772

einer maximalen Spannungsauslenkung zwecks eines, hohen Wirkungsgrades für den Betrieb und der entgegenstehenden Absicht zur Beschränkung5 der Lawinenmultipiikation aus, so daß das Ausgangssignal proportional zum Eingangssignal bleibt, wie dies bereits vorstehend im Zusammenhang mit den Lawinenkoeffizienten erörtert wurde, "."'"" '■-■■""■ a maximum voltage swing for the purpose of, high efficiency for the operation and the contrary intention to restrict 5 Lawinenmultipiikation, so that the output signal remains proportional to the input signal, as has already been discussed above in connection with the avalanche coefficient, "."'""' ■ - ■■ "" ■

Obwohl vorstehend ausgeführt wurde, daß es notwendig ist, daß "die Driftzone an Majoritätsträgern verarmt wird und sich das elektrische Feld bis zur Kollektorelektrode erstreckt, ist die Einrichtung und die Schaltungsanordnung auch dann betriebsfähig, wenn sich diese Verarmung nicht bis zur Kollektorelektrode erstreckt« Derjenige Teil der Driftzone, in dem keine- Abreicfterung an Majoritätsträgern, vorhanden ist, stellt dann nur eine Beißenimpedanz im Kollektorkreis und stellt damit einen Leistungsverlust in der Einrichtung dar, welcher den Wirkungsgrad der Einrichtung vermindert und auch die bevorzugte-Betriebsfrequenz der Einrichtung vermindert und damit den Wirkungsgrad weiter erniedrigt.Although it has been stated above that it is necessary that "the drift zone becomes impoverished in majority carriers and that electric field extends to the collector electrode, the device and the circuit arrangement can also be operated if this depletion does not extend to the collector electrode « That part of the drift zone in which there is no depletion at majority carriers, then only represents a biting impedance in the collector circuit and thus represents a loss of performance in the facility, which increases the efficiency of the facility decreased and also the preferred operating frequency the device and thus the efficiency further humiliated.

Es gibt viele Verlustmechanlsnten in dem Emitterbereich und dem Basisbereich, welche die Wirksamkeit der Injektion von Ladungsträgern in den Kollektorbereich vermindern. Diese begrenzen jedoch nicht die Verstärkungsfähigkeit der Einrichtung, da erfindungsgemäß ein kompensierender Mechanismus vorgesehen ist, d.h. die Lawinenmultiplikation'der Ladung, welche in die Lawinenzone injiziert wird. Demgemäß-kann die Signalladung, welche zwischen ■ Emitter?- und. Kollektor bereich eus verschiedenen Ursachen während'des'Durchgangs verlorengeht, mehr als zurückgewonnen werden durch Laäungsmultiplikätion in der Lawineazone des Kollektorbereicfas:-. Weiterhin wird- die durch La Wimenwirkung multiplizierte Ladung itt-dem Kollektor bereich mit hoher- Impedanz .bei hoher Spannung--bewegt',-'und hierdurch ergibt sich. ©ine. weiter© Verstärkung in -der Einrichtung/ Die Verwendung, einer relativ, laugen- Drift- There are many loss mechanisms in the emitter area and the base area which reduce the efficiency of the injection of charge carriers into the collector area. However, these do not limit the amplification capability of the device, since according to the invention a compensating mechanism is provided, ie the avalanche multiplication of the charge which is injected into the avalanche zone. Accordingly-can the signal charge which between ■ emitter? - and. Collector area is lost for various reasons during the passage, more than is recovered through the multiplication of laundering in the avalanche zone of the collector area: -. Furthermore, the charge multiplied by the effect of La Wimen is moved ', -' in the collector area with high impedance, at high voltage, and this results in this. © ine. next © Gain in the facility / The use of a relative, alkaline drift

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zone in dem Kollektorbereich ermöglicht es, hohe Spannungen mit geringem Ruhestrom und damit einem guten Wirkungsgrad zu verwenden. Da es erwünscht ist, eine Abreicherung des Kollektorbereichs von Ladungsträgern mit Ausnahme der durch Lawinenwirkung erzeug- . ten Ladung zu erhalten, wird die Betriebsweise so eingestellt, daß der Mindestwert der Spannung V. min. nicht unter einen bestimmten kleinen Bruchteil der Betriebsspannung V absinkt, um ein resultierendes elektrisches Feld in der Driftzone zu schaffen. zone in the collector area makes it possible to use high voltages with a low quiescent current and thus a good degree of efficiency. Since it is desirable, a depletion of charge carriers in the collector area, with the exception of those generated by avalanche effects. To obtain the th charge, the operating mode is set so that the minimum value of the voltage V. min. does not fall below a certain small fraction of the operating voltage V drops in order to create a resulting electric field in the drift zone.

Der Parallelschwingkreis der Figur 1 wurde dargestellt durch das zusammengefaßte (lumped) kapazitive Element 27 und das zusammengefaßte induktive Element 28. Das kapazitive Element 27 beinhaltet die Kapazität der Einrichtung zwisehen Kollektorelektrode und Basiselektrode. Daher ermöglicht die Verwendung eines Schwingkreises in dem Kollektor-Basis-Kreis ein Herausstimmen der Kapazität der Einrichtung und weiterhin ermöglicht dies eine Anpassung der inneren Impedanz der Einrichtung an die Verbraucherimpedanz 29, an die Leistung geliefert wird. Obwohl vorstehend der Resonanzkreis durch zusammengefaßte Elemente dargestellt worden ist, wird man leicht erkennen, daß verteilte Elemente, wie beispielsweise Wellenleiter oder Abschnitte von übertragungleitungen, zur Erzielung dieser Funktion benutzt werden können.The parallel resonant circuit of FIG. 1 was represented by the lumped capacitive element 27 and the combined inductive element 28. The capacitive element 27 contains the capacitance of the device between the collector electrode and base electrode. Therefore, it enables the use of an oscillating circuit in the collector-base circle tuning out the capacity of the device and furthermore this enables an adjustment the internal impedance of the device to the load impedance 29 to which power is supplied. Although above the resonance circuit has been represented by combined elements it is easy to see that distributed elements, such as waveguides or sections of transmission lines, can be used to achieve this function.

Die Erfindung wurde vorstehend im Zusammenhang mit einer Ausführungsform erläutert, in der eine Lawinenzone vorgesehen ist, welche eine wesentlich größere resultierende Aktivatorkonzentration in der Lawinenzone aufweist als in der Driftzone des Kollektorbereiches. Es ist eine im wesentlichen gleichförmige resultierende Aktivatorkonzentration im Kollektorbereich betriebsfähig, vorausgesetzt, daß die oben erwähnten Anforderungen erfüllt werden. Vorstehend wurde die Lawinenzone als schmale Zone dargestellt. Eine solche Zone kann jedoch auch einen bedeutungsvollen Teil dösThe invention has been described above in connection with an embodiment explained, in which an avalanche zone is provided, which has a much larger resulting activator concentration in the avalanche zone than in the drift zone of the collector area. A substantially uniform resulting activator concentration in the collector area is operable provided that the above-mentioned requirements are met. The avalanche zone was shown as a narrow zone above. However, such a zone can also doze a meaningful part

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Kollektorbereiches ausmachen und kann beispielsweise in der Größenordnung der halben longütudinalen Ausdehnung des Kollektorbereichs sein.Make up collector area and can, for example, in the The order of magnitude of half the longitudinal extension of the collector area be.

Es wird Bezug genommen auf die Figuren 9 und 10, welche eine Draufsicht und eine Ansicht im Schnitt für eine andere Halbleitereinrichtung 50 als planare Ausführungsform der Halbleitereinrichtung 10 nach Figur 1 zeigen. Die Einrichtung 50 besitzt Bereiche und Elektroden entsprechend den Bereichen und Elektroden der Einrichtung nach Figur 1. Die Einrichtung 50 enthält eine Kollektorelektrode oder Substrat 51 aus Silizium mit Leitfähigkeitstyp N, eine Siliziumschicht 52 des Leitfähigkeitstyps N, welche epitaxial auf dem Substrat 51 gewachsen ist und den Kollektorbereich 52 der Einrichtung bildet. Die Einrichtung enthält auch einen Bereich 53 mit dem Leitfähigkeitstyp N, welcher zur Bildung der Lawinenzone im Kollektorbereich von der Oberfläche der epitaxial gewachsenen Schicht aus eindiffundiert ist. Die Zone zwischen der Lawinenzone 53 und dem Substrat 51 stellt die Driftzone 60 dar. Ein ring- oder kreisförmiger Bereich 54 des Leitfähigkeitstyps P umschließt den Kollektorbereich und insbesondere die Lawinenzone im Abstand von demselben und wird gebildet durch Eindiffusion von Aktivatoren des P-Typs oder Verunreinigungen in das Substrat. Beim Betrieb gewährleistet der Ring 54, daß die zum Betrieb der Einrichtung erforderlichen elektrischen Feldintensitäten in der Lawinenzone 53 erreicht werden, bevor die Durchbruchswerte für die Feldintensität in den außen liegenden Teilen der Einrichtung erreicht werden. Ein Basisbereich 55 oder eine Basisschicht 55 wird in der epitaxial aufgewachsenen Schicht durch Diffusion von Aktivatoren des P-Typs in diese Schicht gebildet und ist in Kontakt mit dem Ringbereich der Leitfähigkeit des P-Typs. Eine Vielzahl von länglichen Emitterbereichen 56 werden in der Basisschicht 55 des Leitfähigkeitstvps P dadurch gebildet, daß Siliziumschichten 57 des Leit-* fähigkeitstyps N epitaxial über den Bereichen aufgewachsen wer-Reference is made to Figures 9 and 10, which one Top and cross-sectional views for another semiconductor device 50 as a planar embodiment of the semiconductor device 10 according to FIG. The device 50 has areas and electrodes corresponding to the areas and electrodes the device of Figure 1. The device 50 includes a collector electrode or substrate 51 made of silicon of conductivity type N, a silicon layer 52 of conductivity type N, which is epitaxially grown on the substrate 51 and the Forms collector area 52 of the device. The device also includes a region 53 of conductivity type N, which to form the avalanche zone in the collector area from the surface the epitaxially grown layer is diffused from. the Zone between the avalanche zone 53 and the substrate 51 represents the Drift zone 60. An annular or circular area 54 of the Conductivity type P encloses the collector area and in particular the avalanche zone at a distance from the same and is formed by diffusion of P-type activators or impurities into the substrate. In operation, the ring 54 ensures that the electrical required to operate the device Field intensities are reached in avalanche zone 53, before the breakthrough values for the field intensity in the outside lying parts of the facility can be reached. A basic area 55 or a base layer 55 is epitaxially grown in the Layer by diffusion of P-type activators in this layer is formed and is in contact with the ring area the conductivity of the P-type. A variety of elongated Emitter regions 56 are in the base layer 55 of the conductivity type P formed in that silicon layers 57 of the conductive * ability type N can be grown epitaxially over the areas

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den und anschließend von den epitaxial aufgewachsenen Schichten 47 zur Bildung der verlängerten oder länglichen Emitterbereiche des Leitfähigkeitstyps N diffundiert werdenDie länglichen Elektroden 58 eines Leiters, wie beispielsweise Aluminium, werden an den Emitterbereichen des N-Typs befestigt und mit einem Emitteranschluß 59 verbunden. In ähnlicher Weise werden längliche Elektroden 61 aus einem Leiter, beispielsweise Aluminium, mit den verlängerten Teilen 62 der Basisschicht 55 verbunden, welche in Ausrichtung mit und zwischen den verlängerten Emitterbereichen stehen zur Bildung einer ineinandergeschachtelten Emitter-Basis-Gestaltung. Die verlängerten Elektroden 61 werden mit einem Basisanschluß 63 verbunden. Die Emitterbereiche und Basis-Kontaktbereiche 62 werden durch eine relativ dünne Schicht 65 aus Siliziumdioxyd auf der Oberfläche der epitaxial aufgewachsenen Schicht 52 getrennt, welche bei der Herstellung der Einrichtung verwendet wird. Eine relativ dicke Schicht 66 aus Siliziumdioxyd, welches bei der Herstellung der Einrichtung verwendet wurde, umgibt die Emitter-Basis-Struktur der Einrichtung. Der Emitteranschluß 59 und die Verbindung zum Basisanschluß 63 liegen über Siliziumdioxyd, welches auf der epitaxialen Schicht bei dem Herstellungsverfahren der Einrichtung 50 gebildet wurde, und demgemäß sind die Emitter- und Basisanschlüsse von den darunterliegenden Teilen des Halbleiterplättchens isoliert. Eine geeignete Schicht eines Leiters, beispielsweise Gold, dotiert mit Antimon, ist an der Kollektorelektrode, d.h. dem Substrat 51, befestigt und dient als Kollektoranschlußand then from the epitaxially grown layers 47 to form the elongated or elongated emitter regions of conductivity type N are diffused Electrodes 58 of a conductor such as aluminum are attached to the N-type emitter regions and with a Emitter terminal 59 connected. Similarly, elongated electrodes 61 are made of a conductor, for example aluminum, bonded to the extended portions 62 of the base layer 55 which are in alignment with and between the extended emitter regions to form a nested one Emitter base design. The elongated electrodes 61 are connected to a base terminal 63. The emitter areas and base contact areas 62 are epitaxial with a relatively thin layer 65 of silicon dioxide on the surface of the grown layer 52 which is used in the manufacture of the device. A relatively thick layer 66 of silicon dioxide, which was used in the manufacture of the device, surrounds the emitter-base structure of the device. The emitter connection 59 and the connection to the base connection 63 are above silicon dioxide, which is on the epitaxial Layer was formed in the manufacturing process of device 50, and the emitter and base terminals are accordingly isolated from the underlying parts of the die. A suitable layer of conductor, for example Gold doped with antimony is attached to the collector electrode, i.e. the substrate 51, and serves as a collector terminal

Bei der Herstellung der Einrichtung nach den Figuren 9 und 10 wird ein Plättchen 51 aus Silizium-Halbleitermaterial mit starker Leitfähigkeit des N-Typs und einer Dicke von etwa 0,25 mmDuring the manufacture of the device according to FIGS. 9 and 10 becomes a chip 51 made of silicon semiconductor material with high conductivity of the N-type and a thickness of about 0.25 mm

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(10 Zoll) erhalten. Darin wird epitaxial eine Schicht von Silizium mit schwachem Leitfähigkeitstyp N und einer Dicke von etwa 20 Mikron aufgewachsen. Darauf wird thermisch eine Schicht von Siliziumdioxyd mit einer Dicke /on etwa 1,5 Mikron aufge-
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(10 inches) received. A layer of silicon with a weak conductivity type N and a thickness of about 20 microns is epitaxially grown therein. A layer of silicon dioxide with a thickness of about 1.5 microns is thermally applied to this.

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wachsen. In der dicken Schicht des Siliziumdioxyds wird ein Fenster 70 als Öffnung hergestellt, welches sich bis zur Oberfläche der epitaxialen Schicht 52 erstreckt, und eine Donatorverunreinigung, beispielsweise Arsen, wird dort eindiffundiert zur Bildung eines Bereichs 53 mit einer mäßigen Leitfähigkeit des N-Typs, welcher dann die Lawinenzone der Einrichtung darstellt. In die dicke Oxydschicht 66 wird ein Graben oder Kanal zur Oberfläche der epitaxialen Schicht eingeätzt, welcher den Bereich der epitaxialen Schicht 52 einschließlich der Lawinenzone vollständig umschließt. Der ringförmige Bereich 54 oder Schutzring wird gebildet durch Eindiffusion eines Akzeptbraktivators, beispielsweise Bor, in den Kanal auf eine Tiefie von 2 Mikron und anschließend wird in dem Kanal über dem Schutzring Siliziumdioxyd zu einer Dicke von· etwa 0,5 Mikron thermisch aufgewachsen. Als nächstes wird in das Siliciumdioxid einschließlich eines Teils der dicken Schicht 66 des Oxyds ein Basisfenster eingeätzt, welches über der inneren Kante des Schutzrings liegt und zur Bildung der diffundierten Basisschicht 5^ verwendet werden soll. Die Basisschicht 55 oder der Bereich mit starkem Leitfähigkeitstyp P wird gebildet durch Diffusion eines Akzeptoraktivators, beispielsweise Bor, in das Basisfenster. Die Oberfläche der Schicht in dem Basisfenster wird gereinigt und eine Schicht 55 aus Siliziumdioxyd thermisch auf demselben: aufgewachsen. Längliche Emitterfenster werden in die Siliziumdioxydschicht eingeätzt, um die Oberfläche der Schicht freizulegen, in und auf der verlängerte Emitterbereiche 56 gebildet werden sollen. In den Schichten 57 in den Emitterfenstern wird epitaxial Silizium mit starkem Leitfähigkeitstyp N aufgebracht und danach wird eine Diffusion ausgeführt, um die Emitter-Bas is-PN-tibergangsbereiche in der Basisschicht 55 zu bilden. Zur Freilegung der Basisschicht werden längliche Basiselektrodenfenster in die Siliziumdioxydschicht 65 geätzt. Die freiliegenden Teile des Basisbereiches, die epitaxial aufgebrachten Emitterschichten und die verbleibenden Teile der Siliziumdioxydschicht 65 werden mit einer kontinuierlichen Schicht eines Leiters, beispielsweise Aluminium, metallisiert. Durch foto- grow. A window 70 is made in the thick layer of silicon dioxide as an opening which extends to the surface of the epitaxial layer 52, and a donor impurity such as arsenic is diffused into it to form a region 53 of moderate N-type conductivity which then represents the avalanche zone of the facility. A trench or channel to the surface of the epitaxial layer is etched into the thick oxide layer 66 and completely encloses the region of the epitaxial layer 52 including the avalanche zone. The annular region 54 or guard ring is formed by diffusing an acceptor activator, for example boron, into the channel to a depth of 2 microns and then silicon dioxide is thermally grown in the channel above the guard ring to a thickness of approximately 0.5 microns. Next, in the silica including a part of the thick layer 66 is etched the oxide basis a window, which lies above the inner edge of the protective ring and is to be used to form the diffused base layer 5 ^. The base layer 55 or the region with a high conductivity type P is formed by diffusion of an acceptor activator, for example boron, into the base window. The surface of the layer in the base window is cleaned and a layer 55 of silicon dioxide is thermally grown on it. Elongated emitter windows are etched into the silicon dioxide layer to expose the surface of the layer in and on which elongated emitter regions 56 are to be formed. In the layers 57 in the emitter windows, epitaxial silicon with a high conductivity type N is applied and a diffusion is then carried out in order to form the emitter-base-PN transition regions in the base layer 55. To expose the base layer, elongated base electrode windows are etched into the silicon dioxide layer 65. The exposed parts of the base region, the epitaxially applied emitter layers and the remaining parts of the silicon dioxide layer 65 are metallized with a continuous layer of a conductor, for example aluminum. By photo-

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lithografisches Maskenverfahren und Ätzen wird die kontinuierlich leitende Schicht mit einem Muster für Elektroden 58, verbunden mit einem Emitteranschluß 63, und für Basiselektroden 61, verbunden mit einem Basispnschluß 63, versehen. Das leitende Aluminium wird im Falle von Aluminium gesintert, um zu gestatten, daß mit diesem eine elektrische Verbindung mit niedrigem Widerstand vorgenommen werden kann. In die andere gegenüberliegende Oberfläche des Plättchens oder Substrats 51 wird eine Schicht von Gold einschließlich eines Aktivators, beispielsweise Antimon, einlegiert, um den Kollektoranschluß 67 der Einrichtung zu bilden.The lithographic mask process and etching is continuous conductive layer with a pattern for electrodes 58 connected with an emitter terminal 63, and for base electrodes 61 connected to a base terminal 63. The conductive aluminum in the case of aluminum, is sintered to allow a low resistance electrical connection to be made therewith can be. In the other opposite surface the plate or substrate 51 is alloyed with a layer of gold including an activator, for example antimony, to form the collector terminal 67 of the device.

Die verschiedenen Verfahren, welche für die Herstellung oder Bildung der Einrichtung verwendet wurden, sind an sich bekannt einschließlich des epitaxialen Aufwachsens von Silizium auf Silizium, des thermischen AufWachsens von Siliziumdioxyd auf Silizium, des Ausbildens von Fenstern in Siliziumdioxydschichten durch fotolithografisches Maskieren und Ätzen, das Eindiffundieren von Aktivatoren durch Maskenschichten aus Siliziumdioxyd in eine darunterliegende Schicht zur Ausbildung von Bereichen mit einer Geometrie des erwünschten Typs und erwünschten elektrischen Eigenschaften, der Metallisierung von Bereichen zur Bildung erwünschter elektrischer Leitungswege und ähnliche sind an sich bekannt. Die vorstehend beschriebenen Herstellungsschritte können unter Benutzung solcher Verfahren leicht ausgeführt werden.The various processes that are used for making or forming the device used are known per se including the epitaxial growth of silicon on silicon, the thermal growth of silicon dioxide on silicon, des Forming windows in silicon dioxide layers by photolithography Masking and etching, the diffusion of activators through mask layers of silicon dioxide into an underlying layer Layer for forming areas with a geometry of the desired type and desired electrical properties, the metallization of areas to form more desirable electrical conduction paths and the like are known per se. The manufacturing steps described above can be performed under Use of such procedures can be carried out easily.

Die Einrichtung 50 gemäß der Figuren 9 und 10 ist geeignet zur Verwendung bei verschiedenen Mikrowellenfrequenzen in Abhängigkeit von den bestimmten Abmessungen der Einrichtung. Bei einer Struktur, in der die epitaxiale Schicht eine Dicke von etwa 20 Mikron besitzt und die Bereiche für Emitter-, Basis- und Kollektorabmessungen und ein Profil der resultierenden Aktivatorkonzentration, gemessen in einer Linie 75 von der Emitterelektrode zur Kollektorelektrode gemäß der Darstellung in Figur 11 besitzen, ist geeignet für den Betrieb bei einer Frequenz von etwaThe device 50 according to Figures 9 and 10 is suitable for Use at different microwave frequencies depending on on the specific dimensions of the facility. In a structure in which the epitaxial layer has a thickness of about 20 microns and the ranges for emitter, base and collector dimensions and a profile of the resulting activator concentration, measured in a line 75 from the emitter electrode to the collector electrode as shown in FIG. 11, is suitable for operation at a frequency of about

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2 giga Hertz. Um einen Betrieb bei höheren Frequenzen, beispielsweise bei einer um eine Größenordnung höheren Frequenz, zu gestatten, werden dann die Abmessungen der Einrichtung und die anderen Parameter der Einrichtung abgeändert.2 giga Hertz. To operate at higher frequencies, for example at an order of magnitude higher frequency, to allow the dimensions of the device and the other parameters of the device are then modified.

Es wird. Bezug genommen auf die Figur 11, welche das Profil der resultierenden Aktivatorkonzentration der Einrichtung längs einer Linie 75 von der oberen Grenzfläche der epitaxial aufgewachsenen Schicht abwärts durch das Siliziumsubstrat zeigt. Das Profil zeigt die resultierende Verunreinigungskonzentration in einem logarithmischen Maßstab als Funktion der Strecke d.It will. Reference is made to Figure 11, which shows the profile of the resulting activator concentration of the device along a Shows line 75 from the top interface of the epitaxially grown layer down through the silicon substrate. The profile shows the resulting impurity concentration on a logarithmic scale as a function of distance d.

Der Emitterbereich 56 besitzt eine Tiefe oder Ausdehnung von etwa 0,5 Mikron und einen Spitzenwert der resultierenden Aktiva tor--The emitter region 56 has a depth or extent of approximately 0.5 microns and a peak value of the resulting activator--

* 20 3
konzentration von 10 Atomen/cm . Der Basisbereich 55 zwischen dem Emitter- und Kollektor-Übergangsbereich, besitzt eine Tiefe von 0,5 Mikron und einen Spitzenwert der resultierenden Aktivator-
* 20 3
concentration of 10 atoms / cm. The base region 55, between the emitter and collector junction regions, has a depth of 0.5 microns and a peak value of the resulting activator

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konzentration von 10 Atomen/cm . Der Kollektorbereich 52 besitzt eine Tiefe von etwa 19 Mikron vom KoIlektor-PN-Übergangsbereich zum Substrat 51 oder zur Kollektorelektrode und enthält die Lawinenzone 53 mit einer Breite von etwa 2 Mikron und einem Spitzenwert der resultierenden Aktivatorkbnzentration vonconcentration of 10 atoms / cm. The collector region 52 is approximately 19 microns deep from the collector-PN junction region to the substrate 51 or to the collector electrode and contains the avalanche zone 53 about 2 microns wide and one Peak value of the resulting activator concentration of

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10 Atomen/cm , welche flächenanschließend* ist an den Kollektor-PN-Übergangsbereich und die Driftzone 60 mit einer Tiefe von etwa 80 Mikron und einer relativ konstanten resultierenden Aktivatorkonzentration von etwa 5 χ 10 Atomen/cm . Die hohe Konzentration der resultierenden Donator-Aktivatoren im Emitterbereich in Relation zur Konzentration der resultierenden Akzeptoraktivatoren im Basisbereich ergibt einen guten Emitterwirkungsgrad, Die hohe resultierende AkzeptoraktivatOrkonzentration im Basisbereich in Relation zur resultierenden Donstoraktivatorkonzentration im Kollektorbereich beschränkt die Ausbreitung der Abreicherung an Majoritätsträgern im Basisbereich auf die Zuführung einer Betriebsspannung zwischen Basis- und Kollektorelektroden und hierdurch
16 3
10 atoms / cm, which is adjacent * to the collector-PN transition area and the drift zone 60 with a depth of about 80 microns and a relatively constant resulting activator concentration of about 5 10 atoms / cm. The high concentration of the resulting donor activators in the emitter area in relation to the concentration of the resulting acceptor activators in the base area results in a good emitter efficiency Operating voltage between base and collector electrodes and thereby

0 9 8.T9/Ö? ? 20 9 8.T9 / Ö? ? 2

wird der Basisausbreitungswiderstand auf ein Minimum gebracht und es wird die vollständige Abreicherung im Basisbereich zum Emitter-PN-Übergangsbereich vermieden. Die Betriebsweise der Einrichtung 50 ist identisch zur Betriebsweise der Einrichtung der Figur 1 und die Art und Weise der Verbindung der Einrichtung in einer Schaltung ist identisch zur Verbindung der Einrichtung nach Figur 1 in einer Schaltung. Durch das Vorhandensein des ringförmigen Bereiches oder Schutzringes 54 aus einem Material mit starker Leitfähigkeit des P-Typs um die Lawinenzone 53 des Kollektorbereichs 52 herum, welche einen relativ großen Radius an der zylindrischen Grenzfläche oder dem Übergang zur Schicht besitzt und eine resultierende Donatoraktivatorkonzentration in der Schicht 52, benachbart zur Grenzfläche, ergibt, die wesentlich niedriger ist als in der Zone 53 mit dem Leitfähigkeits- *yP N, gewährleistet, daß die in der Lawinenzone erwünschte elektrische Feldintensität erreicht wird, bevor eine solche Feldintensität in dem außenliegenden Teil 52 der Einrichtung erreicht wird. Zweckmäßigerweise besitzt der Schutzring 54 im wesentlichen die gleiche oder eine kleinere resultierende Akzeptoraktivatorkonzentration, bezogen auf den Basisbereich.the base resistance to spread is brought to a minimum and there is complete depletion in the base area Emitter-PN transition area avoided. The operation of the facility 50 is identical to the mode of operation of the device in FIG. 1 and the manner in which the device is connected in FIG a circuit is identical to the connection of the device according to Figure 1 in a circuit. The presence of the annular area or guard ring 54 made of a material with high conductivity of the P-type around the avalanche zone 53 of the Collector area 52 around, which has a relatively large radius at the cylindrical interface or the transition to the layer and a resulting donor activator concentration in of layer 52 adjacent to the interface yields that substantial is lower than in zone 53 with the conductivity * yP N, ensures that the desired electrical in the avalanche zone Field intensity is achieved before such field intensity is reached in the outlying portion 52 of the device will. The protective ring 54 expediently has essentially the same or a smaller resulting acceptor activator concentration, related to the base area.

Vorstehend wurden Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Einrichtungen beschrieben, für die Silizium-Halbleitermaterial verwendet wurde. Es ist jedoch leicht ersichtlich, daß genauso gut Germanium-Halbleitermaterial verwendet werden kann im Hinblick auf die Tatsache, daß die Lawinenkoeffizienten von Löchern in Germanium größer sind als der Lawinenkoeffizient von Elektronen über einen weiten Bereich der angelegten elektrischen Feldintensität. Embodiments of the devices according to the invention have been described above described, for the silicon semiconductor material was used. It is easy to see, however, that as well well germanium semiconductor material can be used in terms of on the fact that the avalanche coefficients of holes in germanium are greater than the avalanche coefficient of electrons over a wide range of applied electric field intensity.

Vorstehend wurde die Einrichtung in einer Basisschaltung gezeigt. Selbstverständlich kann sie jedoch auch in einer Emitterschaltung verwendet werden. Ebenso wurde vorstehend die Betriebsweise der erfindungsgemäßeη Einrichtung in einer Schaltung mit Be-The device was shown above in a basic circuit. Of course, however, it can also be used in an emitter circuit. The operating mode has also been described above the device according to the invention in a circuit with loading

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trieb als C-Verstärker beschrieben. Die Einrichtung kann jedoch auch als Verstärker ira A-Betrieb oder B-Betrieb verwendet werden.drove described as a C amplifier. However, the facility can Can also be used as an amplifier in A mode or B mode.

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Claims (1)

Patenta nsprüche Halbleitereinrichtung zur Verstärkung von Signalen in einem Frequenzband mit einem Körper aus Halbleitermaterial und einem Emitterbereich eines Leitfähigkeitstyps, eines Basisbereiches des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps, flächenanschließend mit dem Emitterbereich, welcher mit demselben einen Emitter-PN-Übergangsbereich bildet, einem Kollektorbereich des einen Leitfähigkeitstyps flächenanschließend mit dem Bereich des einen Leitfähigkeitstyps, welcher mit demselben einen Kollektor-PN-Übergangsbereich bildet, wobei Emitter- und Kollektor-Übergangsbereich im Abstand voneinander angeordnet sind zur Erzeugung einer Transistorwirkung zwischen den Bereichen und erste, zweite und dritte Elektroden jeweils mit dem Emitter-Basis- und Kollektorbereich verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektorbereich aus Halbleitermaterial besteht, in dem der Lawinenkoeffizient der Hauptleitungsträger wesentlich größer ist als der Lawinenkoeffizient der Minoritätsleitungsträger, wobei der Kollektorbereich eine Länge zwischen dem Kollektor-PN-Übergangsbereich und der dritten Elektrode besitzt, welche im wesentlichen gleich der halben Sättigungsdriftgeschwindigkeit der Majoritätsträger, geteilt durch die Mittenfrequenz des Frequenzbandes ist, und weiterhin die resultierende Aktivatorkonzentration entlang des Kollektorbereichs eine solche Änderung aufweist, daß bei Abreicherung des Kollektorbereiche's an Majoritätsleitungsträgern entlang seiner Länge ein elektrisches Feld in dem Kollektorbereich besteht zur Erzeugung eines endlichen Wertes der Leitungsträgermultiplikation in dem Bereich. 2. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Kollektorbereich eine 4098 19/0772 Lawinenzone flächenanschließend zum Kollektor-Übergangsbereich enthält und der übrige Teil des Kollektorbereiches eine Driftzone darstellt. 3. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge k e η η ζ e i c h η e t , daß die Länge der Lawinenzone wesentlich kleiner ist als die Länge der Driftzone. 4. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelwert der resultierenden Konzentration der Aktivatoren in der Lawinenzone wesentlich größer ist als die mittlere resultierende Konzentration der Aktiva toren in der Drift zone. 5. Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch ge kennzeichnet , daß der Spitzenwert der resultierenden Konzentration der Aktivatoren in der Lawinenzone wesentlich größer ist als die resultierende Kon- . zentration. der Aktivatoren in der Dr dft zone. 6. Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die resultierende Konzentration der Aktivatoren in der Driftzone im wesentlichen gleichförmig ist. . 7. Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Kollektorbereich aus Silizium-Halbleitermaterial des Leitfähigkeitstyps N besteht. 4098 19/077 8. Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in Verbindung mit dem Kollektorbereich eine Ausgangsimpedanz vorge- ' sehen ist und Einrichtungen zur Zuführung einer Vorspannung in Verbindung mit dem Kollektor-PN-Übergangsbereich vorhanden sind zur Abreicherung der Majoritätsleitungsträger in dem dritten Bereich und zum Aufbau des elektrischen Feldes in demselben und weiterhin Einrichtungen zur Zuführung eines Signalstroms in der Schaltung zwischen der ersten und zweiten Elektrode vorgesehen sind zur Injektion einer entsprechenden Ladung in die Lawinenzone des Kollektorbereiches, wobei sich die Majoritätsleitungsträger in der Lawinenzone, . welche durch Lawinenmultiplikation der injizierten Ladung erzeugbar sind unter dem Einfluß des elektrischen Feldes in der Driftzone zur dritten Elektrode bewegen und in der Ausgangsimpedanz ein Stromfluß proportional zum Signalstrom erzeugbar ist. 9. Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt des Verhältnisses der Lawinenkoeffizienten von Elektronen und Löchern in dem Kollektorbere^ch und die Strom_multiplikation im Kollektorbereich ein endlicher Wert größer als 1 ist. , Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Strommultiplikation kleiner ist als ein Wert, an dem die proportionale Beziehung des Ausgangsstroms zum Eingangsstrom im Kollektorbereich nicht mehr vorhanden ist. 409 8 19/0772 11. Halblextereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da d u r c h g e k e η η ze i c h η e t , daß das Verhältnis der Lawinenkoeffizienten der Majoritätsträger zum Lawinenkoeffizienten der Minoritätsträger in der Lawinenzone größer als 5 ist. 12. Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da d ure h g e k en η ζ e ic h η e t ,daß der Emitter-PN-tibergangsbereich mit einer solchen Vorspannung ausgestattet ist, daß ein Signalstrom tüber weniger als einer halben Periode fließen· kann. 13. Halbleitereinrxchtung nach einem der Ansprüche 1 bis 112, dad u r c h g.-e-fc e η η ze ich η et , daß die Ausgangsimpedanz im Nebenschluß zur zweiten und dritten Elektrode liegt. .Patent claims semiconductor device for amplifying signals in a frequency band with a body made of semiconductor material and an emitter region of one conductivity type, a base region of the opposite conductivity type, face-to-face with the emitter region, which forms an emitter-PN junction region with the same, a collector region of one conductivity type face-to-face with the area of one conductivity type, which forms a collector-PN junction area with the same, the emitter and collector junction areas being arranged at a distance from one another to produce a transistor effect between the areas and first, second and third electrodes each with the emitter-base and collector region are connected, characterized in that the collector region consists of semiconductor material in which the avalanche coefficient of the main line carriers is substantially greater than the avalanche coefficient of the minority line carriers er, wherein the collector region has a length between the collector PN junction and the third electrode which is substantially equal to half the saturation drift velocity of the majority carriers divided by the center frequency of the frequency band, and furthermore the resulting activator concentration along the collector region exhibits such a change that when the collector area is depleted on majority line carriers along its length there is an electric field in the collector area to produce a finite value of the line carrier multiplication in the area. 2. Semiconductor device according to claim 1, characterized in that the collector region contains a 4098 19/0772 avalanche zone adjacent to the collector transition region and the remaining part of the collector region represents a drift zone. 3. A semiconductor device according to claim 2, characterized in that the length of the avalanche zone is significantly smaller than the length of the drift zone. 4. Semiconductor device according to claim 2 or 3, characterized in that the mean value of the resulting concentration of the activators in the avalanche zone is substantially greater than the mean resulting concentration of the activators in the drift zone. 5. Semiconductor device according to one of claims 2 to 4, characterized in that the peak value of the resulting concentration of the activators in the avalanche zone is substantially greater than the resulting con. centering. the activators in the Dr dft zone. 6. Semiconductor device according to one of claims 2 to 5, characterized in that the resulting concentration of the activators in the drift zone is substantially uniform. . 7. Semiconductor device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the collector region consists of silicon semiconductor material of the N conductivity type. 4098 19/077 8. Semiconductor device according to one of claims 2 to 7, characterized in that an output impedance is provided in connection with the collector region and devices for supplying a bias voltage in connection with the collector-PN junction region are provided for depletion the majority line carrier in the third area and for building up the electric field in the same and further means for supplying a signal current are provided in the circuit between the first and second electrodes for injecting a corresponding charge into the avalanche zone of the collector area, the majority line carriers being in the avalanche zone ,. which can be generated by avalanche multiplication of the injected charge move under the influence of the electric field in the drift zone to the third electrode and a current flow proportional to the signal current can be generated in the output impedance. 9. Semiconductor device according to one of claims 1-8, characterized in that the product of the ratio of the avalanche coefficients of electrons and holes in the collector region and the current multiplication in the collector region is a finite value greater than 1. Semiconductor device according to one of Claims 1 to 9, characterized in that the current multiplication is smaller than a value at which the proportional relationship of the output current to the input current in the collector region is no longer present. 409 8 19/0772 11. Semiaxter device according to one of claims 1 to 10, since the ratio of the avalanche coefficients of the majority carriers to the avalanche coefficient of the minority carriers in the avalanche zone is greater than 5. 12. Semiconductor device according to one of claims 1 to 11, since the emitter-PN transition region is equipped with such a bias that a signal current can flow for less than half a period . 13. Semiconductor device according to one of claims 1 to 112, dad u r c h g.-e-fc e η η I show η et that the output impedance is shunted to the second and third electrodes. . 1.4.* Halbleitereinrxchtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, da d u r c h ge k e η η ζ ei c h η e t , daß die Ausgangsimpedanz einen Pa:rallelschwingkreis enthält. 1.4. * Semiconductor device according to one of claims 1 to 13, because it is clear that the output impedance contains a parallel resonant circuit. 409819/0772409819/0772
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